[发明专利]一种评估激光喷丸强化效果的方法

说明书

本发明公开了一种评估激光喷丸强化效果的方法，其包括以下步骤：S1、确定材料所需的残余压应力层深度的范围；S2、取样表面打磨并抛光，使其表面的平面度低于0.1微米；S3、采用高功率密度纳秒脉冲激光对试样的待处理表面进行激光喷丸强化处理；S4、去除约束层，测量出凹坑深度d；S5、根据经验公式Lp=ε*d+c计算获得残余压应力层的深度Lp，评估激光喷丸强化效果，若Lp不在最佳强化效果范围内，则修改参数，重复S2至S4，直至Lp在最佳强化效果范围内。本发明通过测量激光喷丸强化预制金属试样的凹坑深度表征激光喷丸强化的效果，具有方便快捷的特点，同时可以灵活快速地为激光喷丸强化参数的优化提供依据。

技术领域

本发明涉及一种材料表面加工评估方法，尤其涉及一种评估激光喷丸强化效果的方法。

背景技术

激光喷丸强化是一种新型的材料表面强化技术，可以在金属制件表面获得高幅残余压应力层，大大提高制件的疲劳寿命，与常规喷丸技术相比，其残余压应力层更深。激光喷丸的原理是利用脉冲激光（能量1~100J，脉宽10~30ns）在约束状态下（水膜或玻璃）跟吸收层（铝箔或其他材料）产生等离子爆炸，可产生强度高达几个吉帕斯卡的压力，该压力通过吸收层传播至工件，可对工件表层产生高幅残余压应力，由于吸收层的保护作用，工件表面不会受到热灼烧。21世纪初，美国将激光喷丸技术应用到F101、F119和F414发动机叶片的强化和再制造上。

激光喷丸强化中涉及到的参数非常多，主要包括激光脉宽为PW、激光功率密度P、激光光斑直径φ、约束层厚度Tc、吸收层厚度Ta等，这些参数之间相互影响，关系复杂，因此很难通过这些参数来预测激光喷丸强化的效果。评估激光喷丸强化后试样的残余压应力层深度Lp，一般每次都要采用逐层电解抛光和X射线应力测试仪进行，需要进行破坏性试验，步骤复杂、耗时长。

发明内容

针对现有技术不足，本发明要解决的技术问题是提供一种评估激光喷丸强化效果的方法，可以快捷方便的评估激光喷丸强化的效果并为便于选择激光喷丸强化的参数。

为了克服现有技术不足，本发明采用的技术方案是：一种评估激光喷丸强化效果的方法，其包括以下步骤：S1、根据材料的应用场合及其使用要求，确定材料所需的残余压应力层深度的范围；S2、从待处理金属材料上取样，将该样品的待处理表面进行手工打磨并抛光，保证试样待处理表面的平面度低于0.1微米，制成激光喷丸强化试样；S3、采用高功率密度纳秒脉冲激光，以激光脉宽PW、激光功率密度P、激光光斑直径φ、约束层厚度Tc、吸收层厚度Ta对试样的待处理表面进行激光喷丸强化处理；S4、去除约束层，保证激光喷丸强化处理后形成的微凹坑表面不被划伤，并在丙酮溶液中进行超声清洗，测量出凹坑深度d；S5、使用凹坑深度d，使用测算值或经验值作为系数ε和补偿值c，根据经验公式Lp= ε*d+c计算获得残余压应力层的深度Lp，其中ε和c为常数，不同种类的金属ε和c也不同，d为凹坑深度，评估激光喷丸强化该种金属材料的效果，若Lp不在最佳强化效果范围内，则修改激光喷丸强化参数，重复S2至S4，直至Lp在最佳强化效果范围内。

作为本发明评估激光喷丸强化效果的方法的技术方案的一种改进，在步骤S4后设置步骤S4.1、对试样进行逐层电解腐蚀，并采用X射线衍射仪测量凹坑中心位置的残余应力状态，获得残余压应力层深度Lp；S4.2、重复S2至S4及S4.1，根据残余压应力层深度的经验公式Lp= ε*d+c，计算出系数ε和补偿值c的数值作为测算值，并记录入库作为经验值。

作为本发明评估激光喷丸强化效果的方法的技术方案的一种改进，取样尺寸为10mm×10mm×10mm立方体。

作为本发明评估激光喷丸强化效果的方法的技术方案的一种改进，所述高功率密度脉冲激光的功率密度P为10⁹W/cm²~10¹⁰W/cm²，脉冲宽度PW为5~30ns；所述高功率密度脉冲激光聚焦后的光斑直径φ大于2mm。